24232字硕士毕业论文小麦抗仓储虫性的QTL作图及玉米消化道基因表达分析

论文类型：硕士毕业论文

论文字数：24232字

论点：玉米象,基因,蛋白

论文概述：

从四个玉米象消化道基因表达的结果来看，Cys与Asp在处理前后表达量的变化相对于基因Amy与基因Ser要稳定得多，而基因Amy与基因Ser在处理后呈倍数上调表达，说明在玉米象消化道中Amy与属于主要

论文正文：

介绍

 1.文献综述1.1昆虫对植物的抗性病虫害一直是制约农作物稳产和高产的重要因素。仅虫害一项，世界上的粮食每年就会减产37%，减少危害损失成为增加产量的重要途径。农作物害虫防治长期依赖于合成的化学杀虫剂，化学杀虫剂在全球的销售额每年高达数10亿美元，但仍然未能从根本上控制住害虫的危害，甚至还严重污染了环境和水源、破坏食物链。因此，减少使用杀化学虫剂，发展对环境有良好保护作用的可持续性的植物保护技术，已成为农业可持续发展必须正视的课题。豆科和未本科植物种子含大量的淀粉，是稳定提供给人们多种蛋白的重要食品。此类种子中含有丰富的蛋白、肪和糖，因此，特别容易遭受到以淀粉为主要食物的象鼻虫(Weevil)的掠夺。象鼻虫所孵化的幼虫能够钻入到种子内部的，并在种子胚乳中大量繁殖。这种破坏在种子It藏时间比较长的时将会造成不可挽回的损失[1]。一般情况下植物对入侵的昆虫具有相应的抵抗机制，这种防御机制是植物对抗昆虫的长期的进化过程中形成的。植物的防御成分主要包括了氰化糖基物(cyanogenic glucosides)、抗生素(antibiotics)、砲稀(terpenes)、生物碱(alkaloids)和一些蛋白质。蛋白质中主要包括了系统素(systemin)、P-l，3葡聚糖酶(glucanaseenzyme)、几丁质酶(chitinase)、植物凝集素(lectin)、vicilin蛋白、arcelin蛋白以及酶抑制因子等。例如，当西红神叶片被昆虫侵食时，会诱导西红神自身合成超过20种的不同蛋白，其中包括了天冬氨酸、半胱氨酸和丝氨酸蛋白等酶抑制因子。酶抑制因子主要作用于昆虫肠胃中所具有的淀粉酶、消化水解酶和蛋白酶，通过抑制这些酶的活性，从而达到控制害虫生长的目的。通过对谷物种子的分析，发现了多种蛋白酶和淀粉酶的抑制因子，这些抑制因子在调控食植类昆虫数量上起到了至关重要的作用[2]。其中，a-淀粉酶抑制因子在众多防御性物质中表现出尤为突出/能有效控制以淀粉为能量供体的种子象鼻虫的繁殖，是抑制象鼻虫取食主要的酶抑制因子。然而植物的这种防御仍然是不完整的，虽然植物含有多样的抗虫化学物质，但是，种子仍然是昆虫的主要食源。主要原因有两个：第一，很多植物被驯化，而在被驯化过程中植物自身的防御性化学物质的合成水平降低第二，协同进化，即虽然植物在进化过程中发展了其防御机制，但它的入侵者也以同样的速度在进化，而这种进化仍然可以降低或消除植物的防御能力。由于协同进化的存在，昆虫可以将那些对其有防御作用的化学物质解除或排泄，甚至可以简单地适应它们，使得植物的防御机制不再像最初那么有效。在小麦种子中包含了丰富的化学防御物质，因此，大多数昆虫都不直接以它们作为食物，然而象鼻虫仍然可以依靠小麦种子进行大量繁殖⑴。不过，象鼻虫与小麦种子间的相互关系为人们研究“寄主一寄生虫”的协同进化提供了一个出色的参考模式。 1.2植物蛋白酶抑制剂生物杀虫剂是一种绿色的植物杀虫剂，对环境的损害作用小，具有化学杀虫剂不可相比的很多优点，但因为其具有田间不稳定性、生产成本较高及抗虫谱窄等缺点，目前来说，仍然还不能普遍使用。通过传统的育种手段来获取抗虫作物品种，不仅花费的时间长，更主要的是缺乏理想有效的抗虫亲本。现代科学技术的迅猛发展，特别是在生物科技快速发展的社会背景下，科学家们可以通过成熟的基因工程手段实现将外源抗虫基因转入农作物中，培育出新的抗虫品种。目前，常用的抗虫基因有10余种，分别来自各种微生物和动、植物，其中植物蛋白酶抑制(Plant Proteinase Inhibitor, PPI)基因因为具有很多独特的性质，所以在抗虫基因工程中占有重要的地位。蛋白酶抑制剂(Proteinase Inhibitor，PI)是一种小分子蛋白或多肽，能够很好地抑制蛋白酶活性。根据其氨基酸序列的同源性和作用于酶的活性部位的不同，植物中的PI可分为三大类：半胱氨酸蛋白酶抑制剂(巯基蛋白酶抑制剂)、丝氨酸蛋白酶抑制剂、天冬氨酸蛋白酶抑制剂和金属梭肽酶蛋白酶抑制剂。 1.2.1丝氨酸(Ser)蛋白酶抑制剂与抗虫关系最为密切的蛋白酶抑制剂当属丝氨酸类，因为大多数昆虫(如大部分双翅目、鳞翅目、膜翅目、直翅目和某些鞘翅目)肠道内的主要蛋白酶是丝氨酸蛋白酶。丝氨酸蛋白酶抑制剂可分为Kunitz家族、Bowman-Birk家族、1>1家族和PI-I家族等,其中EEs?胰蛋酶抑制剂(cowpea trypsin inhibitor, CpTI)和马 2.材料与方法..............72.1实验材料.............72.2实验方法.............133结果与分析.............153.1 QTL定位分析............183.2荧光定量结果分析.............214 讨论.............314.1抗虫QTL.............314.2消化道基因表达.............32 结论从四个玉米象消化道基因表达的结果来看，Cys与Asp在处理前后表达量的变化相对于基因Amy与基因Ser要稳定得多，而基因Amy与基因Ser在处理后呈倍数上调表达，说明在玉米象消化道中Amy与属于主要的消化酶类，而Cys与Asp已有文章报道是玉米象的两个主要的消化道酶，从本次定量表达的结果来看，基因Amy与基因Ser在玉米象消化道中属于主要的消化基因。玉米象在饥饿前后消化道基因表达差异明显，饥饿后消化道基因呈明显上升的表达趋势，说明在饥饿状态下玉米象需要大量表达消化道基因消化能供给其维持生命活动的各种物质；本次试验的目的是为了寻找能抑制玉米象消化道基因表达的材料，为后续研究谷物生物防治玉米象提供依据，但在本次试验中并未找到玉米象在取食后表达量低的消化道基因，也就是说在所选用小麦材料中并没有很好的抑制玉米象消化道基因表达的材料，需要在后续的试验中筛选出对玉米象抗性更好的材料。 参考文献[1] Franco O L, Rigden D J, Melo F R, et al. Plant a-amylase inhibitors and their interactionwith insect a-amylases structure, function and potential for crop protection. EuropeanJournal Biochemistry, 2002, 269: 397?412[2] Gatehouse AMR, Boulter D，Hilder V A. Potential of plant-derived genes in the geneticmanipulation of crops for insect resistance. In Biotechnology in Agriculture, Plant GeneticManipulation for Crop Protection. 1992, 7: 155-181[3]冯英，薛庆中.抗虫基因工程及其安全性.遗传,2001, 23 (6): 571-576[4] Schuler H T，Poppy M G, Kerry B R, Denholm L. Insect-resistant transgenic plants. TrendsBiotechnol.，1998, 16: 168-174 Ryan C A. Protease inhibitors in plants: genes for improving defenses against insect andpathogens. Rev. Phytophatkol, 1990, 28: 425-449[6] Ryan C A, Pearce G. Systemin: a polypeptide signal for plant defensive genes. Annu. Rev.Cell Dev. Biol., 1998, 14: 1-17 Bishop J G, Dean A M, Mitchell-Olds T. Rapid evolution in plant chitinases: moleculartargets of selection in plant-pathogen co-evolution. Proc. Natl Acad. Sci. USA. 2000, 97:5322-5327[8] Sales M P, Gerhardt I R, Grossi-de-SaA M F, Xavier-Filho J. Do legumes storage proteinsplay a role in defending seeds against bruchids. Plant Physiol, 2000, 124: 515-522[9] Ryan C A. The systemin signaling pathway: differential activation of plant defensive genes.Biochim. Biophys. Acta, 2000，1477: 112-121 Konarev A V. Interaction of insect digestive enzymes with plant protein inhibitors andhost-parasite co-evolution. Euphytica, 1996, 92: 89-94